chapter13_PSO.rar_PSO_pso支持向量机_pso优化支持向量机_向量机

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138 浏览量 2022-07-15 00:09:57 上传评论收藏 4KB RAR 举报

**支持向量机（SVM）与粒子群优化（PSO）** 支持向量机（Support Vector Machine，SVM）是一种强大的监督学习算法，广泛应用于分类和回归问题。它的核心思想是找到一个超平面，使得两类样本之间的间隔最大化。这个超平面就是决策边界，能够有效地将不同类别的数据分开。在非线性情况下，通过核函数，SVM可以将低维空间中的非线性数据映射到高维空间，从而找到一个线性的决策边界。然而，SVM的性能很大程度上取决于选择的参数，如惩罚参数C和核函数参数γ。这些参数的选择对模型的泛化能力和预测能力有显著影响。因此，参数调优成为了一个关键步骤。粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）是一种基于群体智能的全局优化算法，模拟了鸟群寻找食物的行为。每个粒子代表一个可能的解（在这里是SVM的参数），粒子在搜索空间中移动，更新其位置和速度，以接近最优解。PSO算法通过迭代过程，逐步优化粒子的位置，最终找到全局最优解。将PSO应用到SVM的参数优化中，具体步骤如下： 1. 初始化：随机生成一群粒子，每个粒子对应一组SVM参数（C, γ）。 2. 训练与评估：使用当前参数训练SVM模型，然后在验证集上评估模型性能，得到适应度值（如准确率、F1分数等）。 3. 更新速度和位置：根据每个粒子的当前适应度值和全局最佳适应度值，更新每个粒子的速度和位置。粒子的速度决定了其在搜索空间中的移动方向和距离，而位置决定了SVM参数的新取值。 4. 迭代：重复步骤2和3，直到满足停止条件（如达到最大迭代次数、适应度值收敛等）。在实际应用中，PSO优化SVM的流程如下： 1. 准备数据：划分训练集、验证集和测试集。 2. 初始化PSO参数：设置粒子数量、最大迭代次数、学习因子等。 3. 应用PSO：运行上述的优化流程，找到最佳的SVM参数组合。 4. 训练模型：使用最佳参数在训练集上训练SVM模型。 5. 评估模型：在测试集上评估模型的泛化能力，如准确率、召回率、AUC等指标。 6. 可能的调整：根据评估结果，可能需要调整PSO或SVM的参数，再次运行优化过程。通过这种结合，PSO可以帮助SVM快速有效地找到一组优化的参数，提高模型的预测性能。在"chapter13_PSO.m"文件中，我们可以看到作者实现了一个使用PSO进行SVM参数优化的MATLAB代码示例，这为我们提供了深入理解和支持向量机参数优化实践的一个具体工具。通过阅读和运行这个代码，我们可以更好地掌握PSO在SVM参数优化中的应用。

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%% SVM神经网络中的参数优化---如何更好的提升分类器的性能 % % <html> % <table border="0" width="600px" id="table1"> <tr> <td>该案例作者申明：</td> </tr> <tr> <td>1：本人长期驻扎在此<a target="_blank" href="http://www.ilovematlab.cn/forum-158-1.html">板块</a>里，对<a target="_blank" href="http://www.ilovematlab.cn/thread-48362-1-1.html">该案例</a>提问，做到有问必答。</td></tr><tr> <td>2：此案例有配套的教学视频，配套的完整可运行Matlab程序。</td> </tr> <tr> <td> 3：以下内容为该案例的部分内容（约占该案例完整内容的1/10）。</td> </tr> <tr> <td> 4：此案例为原创案例，转载请注明出处（<a target="_blank" href="http://www.ilovematlab.cn/">Matlab中文论坛</a>，<a target="_blank" href="http://www.ilovematlab.cn/forum-158-1.html">《Matlab神经网络30个案例分析》</a>）。</td> </tr> <tr> <td> 5：若此案例碰巧与您的研究有关联，我们欢迎您提意见，要求等，我们考虑后可以加在案例里。</td> </tr> <tr> <td> 6：您看到的以下内容为初稿，书籍的实际内容可能有少许出入，以书籍实际发行内容为准。</td> </tr><tr> <td> 7：此书其他常见问题、预定方式等，<a target="_blank" href="http://www.ilovematlab.cn/thread-47939-1-1.html">请点击这里</a>。</td> </tr></table> % </html> % %% 清空环境变量 function chapter13_PSO close all; clear; clc; format compact; %% 数据提取 % 载入测试数据wine,其中包含的数据为classnumber = 3,wine:178*13的矩阵,wine_labes:178*1的列向量 load chapter13_wine.mat; % 画出测试数据的box可视化图 figure; boxplot(wine,'orientation','horizontal','labels',categories); title('wine数据的box可视化图','FontSize',12); xlabel('属性值','FontSize',12); grid on; % 画出测试数据的分维可视化图 figure subplot(3,5,1); hold on for run = 1:178 plot(run,wine_labels(run),'*'); end xlabel('样本','FontSize',10); ylabel('类别标签','FontSize',10); title('class','FontSize',10); for run = 2:14 subplot(3,5,run); hold on; str = ['attrib ',num2str(run-1)]; for i = 1:178 plot(i,wine(i,run-1),'*'); end xlabel('样本','FontSize',10); ylabel('属性值','FontSize',10); title(str,'FontSize',10); end % 选定训练集和测试集 % 将第一类的1-30,第二类的60-95,第三类的131-153做为训练集 train_wine = [wine(1:30,:);wine(60:95,:);wine(131:153,:)]; % 相应的训练集的标签也要分离出来 train_wine_labels = [wine_labels(1:30);wine_labels(60:95);wine_labels(131:153)]; % 将第一类的31-59,第二类的96-130,第三类的154-178做为测试集 test_wine = [wine(31:59,:);wine(96:130,:);wine(154:178,:)]; % 相应的测试集的标签也要分离出来 test_wine_labels = [wine_labels(31:59);wine_labels(96:130);wine_labels(154:178)]; %% 数据预处理 % 数据预处理,将训练集和测试集归一化到[0,1]区间 [mtrain,ntrain] = size(train_wine); [mtest,ntest] = size(test_wine); dataset = [train_wine;test_wine]; % mapminmax为MATLAB自带的归一化函数 [dataset_scale,ps] = mapminmax(dataset',0,1); dataset_scale = dataset_scale'; train_wine = dataset_scale(1:mtrain,:); test_wine = dataset_scale( (mtrain+1):(mtrain+mtest),: ); %% 选择最佳的SVM参数c&g [bestacc,bestc,bestg] = psoSVMcgForClass(train_wine_labels,train_wine); % 打印选择结果 disp('打印选择结果'); str = sprintf( 'Best Cross Validation Accuracy = %g%% Best c = %g Best g = %g',bestacc,bestc,bestg); disp(str); %% 利用最佳的参数进行SVM网络训练 cmd = ['-c ',num2str(bestc),' -g ',num2str(bestg)]; model = svmtrain(train_wine_labels,train_wine,cmd); %% SVM网络预测 [predict_label,accuracy] = svmpredict(test_wine_labels,test_wine,model); % 打印测试集分类准确率 total = length(test_wine_labels); right = sum(predict_label == test_wine_labels); disp('打印测试集分类准确率'); str = sprintf( 'Accuracy = %g%% (%d/%d)',accuracy(1),right,total); disp(str); %% 结果分析 % 测试集的实际分类和预测分类图 % 通过图可以看出只有三个测试样本是被错分的 figure; hold on; plot(test_wine_labels,'o'); plot(predict_label,'r*'); xlabel('测试集样本','FontSize',12); ylabel('类别标签','FontSize',12); legend('实际测试集分类','预测测试集分类'); title('测试集的实际分类和预测分类图','FontSize',12); grid on; snapnow; %% 子函数 psoSVMcgForClass.m function [bestCVaccuarcy,bestc,bestg,pso_option] = psoSVMcgForClass(train_label,train,pso_option) % psoSVMcgForClass % % by faruto %Email:patrick.lee@foxmail.com QQ:516667408 http://blog.sina.com.cn/faruto BNU %last modified 2010.01.17 %Super Moderator @ www.ilovematlab.cn % 若转载请注明： % faruto and liyang , LIBSVM-farutoUltimateVersion % a toolbox with implements for support vector machines based on libsvm, 2009. % Software available at http://www.ilovematlab.cn % % Chih-Chung Chang and Chih-Jen Lin, LIBSVM : a library for % support vector machines, 2001. Software available at % http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvm % 参数初始化 if nargin == 2 pso_option = struct('c1',1.5,'c2',1.7,'maxgen',200,'sizepop',20, ... 'k',0.6,'wV',1,'wP',1,'v',5, ... 'popcmax',10^2,'popcmin',10^(-1),'popgmax',10^3,'popgmin',10^(-2)); end % c1:初始为1.5,pso参数局部搜索能力 % c2:初始为1.7,pso参数全局搜索能力 % maxgen:初始为200,最大进化数量 % sizepop:初始为20,种群最大数量 % k:初始为0.6(k belongs to [0.1,1.0]),速率和x的关系(V = kX) % wV:初始为1(wV best belongs to [0.8,1.2]),速率更新公式中速度前面的弹性系数 % wP:初始为1,种群更新公式中速度前面的弹性系数 % v:初始为3,SVM Cross Validation参数 % popcmax:初始为100,SVM 参数c的变化的最大值. % popcmin:初始为0.1,SVM 参数c的变化的最小值. % popgmax:初始为1000,SVM 参数g的变化的最大值. % popgmin:初始为0.01,SVM 参数c的变化的最小值. Vcmax = pso_option.k*pso_option.popcmax; Vcmin = -Vcmax ; Vgmax = pso_option.k*pso_option.popgmax; Vgmin = -Vgmax ; eps = 10^(-3); % 产生初始粒子和速度 for i=1:pso_option.sizepop % 随机产生种群和速度 pop(i,1) = (pso_option.popcmax-pso_option.popcmin)*rand+pso_option.popcmin; pop(i,2) = (pso_option.popgmax-pso_option.popgmin)*rand+pso_option.popgmin; V(i,1)=Vcmax*rands(1,1); V(i,2)=Vgmax*rands(1,1); % 计算初始适应度 cmd = ['-v ',num2str(pso_option.v),' -c ',num2str( pop(i,1) ),' -g ',num2str( pop(i,2) )]; fitness(i) = svmtrain(train_label, train, cmd); fitness(i) = -fitness(i); end % 找极值和极值点 [global_fitness bestindex]=min(fitness); % 全局极值 local_fitness=fitness; % 个体极值初始化 global_x=pop(bestindex,:); % 全局极值点 local_x=pop; % 个体极值点初始化 % 每一代种群的平均适应度 avgfitness_gen = zeros(1,pso_option.maxgen); % 迭代寻优 for i=1:pso_option.maxgen for j=1:pso_option.sizepop %速度更新 V(j,:) = pso_option.wV*V(j,:) + pso_option.c1*rand*(local_x(j,:) - pop(j,:)) + pso_option.c2*rand*(global_x - pop(j,:)); if V(j,1) > Vcmax V(j,1) = Vcmax; end if V(j,1) < Vcmin V(j,1) = Vcmin; end if V(j,2) > Vgmax V(j,2) = Vgmax; end if V(j,2) < Vgmin V(j,2) = Vgmin; end %种群更新 pop(j,:)=pop(j,:) + pso_option.wP*V(j,:); if pop(j,1) > pso_option.popcmax pop(j,1) = pso_option.popcmax; end if pop(j,1) < pso_option.popcmin pop(j,1) = pso_option.popcmin; end if pop(j,2) > pso_option.popgmax pop(j,2) = pso_option.popgmax; end if pop(j,2) < pso_option.popgmin pop(j,2) = pso_option.popgmin; end % 自适应粒子变异 if rand>0.5 k=ceil(2*rand); if k == 1 pop(j,k) = (20-1)*rand+1; end if k == 2 pop(j,k) = (pso_option.popgmax-pso_option.popgmin)*rand + pso_option.popgmin; end end %适应度值 cmd = ['-v ',num2st

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